Насос с частотным преобразователем своими руками

Частотник своими руками — любительская схема преобразователя

Зачем нужно делать самому преобразователь для 3-фазного электромотора, и как смастерить его своими руками? Чтобы защитить окружающую природу повсюду создаются правила, которые рекомендуют изготовителям электрических устройств делать продукцию, которая будет экономить электрическую энергию. Часто это бывает достигнуто правильным управлением частотой вращения электромотора. Преобразователь частоты легко решает эту задачу.

Частотник электромотора с тремя фазами по-разному называют: инвертор, частотный изменитель тока, приводной механизм, регулируемый частотой. Сегодня такие устройства делают разные заводы, но многие умельцы своими руками изготавливают не хуже.

Как я сам изготовил частотный преобразователь

Я изготовил преобразователь частоты и асинхронный привод для моего товарища. Ему нужен был привод для пилорамы, мощный и хороший. Так как я любил заниматься электроникой, то сразу предложил ему такую схему:

Трехфазный мост на транзисторах с диодами обратной связи я использовал, которые имелись. Управление осуществил через оптодрайвер HCPL 3120 микроконтроллером PIC16F628A. У входа припаял гасящую емкость, чтобы электролиты заряжались плавно. Затем припаял шунтовое реле. Еще установил триггер защиты тока от замыкания и перегрузки. Для управления установил две кнопки и выключатель для обратного вращения.

Силовую часть я собрал на навесном монтаже.

Резисторы, соединил параллельно по 270 кОм с помощью затворных проходных конденсаторов, позади платы их напаял. Моя плата показана на внешнем виде:

Вид этой моей платы с другой стороны:

Для подключения питающего напряжения я собрал блок питания, работающий на импульсах, обратноходовой. Вот привожу схему этого блока питания:

Как я запрограммировал микроконтроллер? Простые моргалки для меня не представляли какой-то проблемы. Получились константы в виде матрицы, над которой работал мой контроллер. Частота и напряжение были заданы этими величинами. Всю схему работы проверил на моторчике вентилятора небольшой мощности, 200 Вт. Эта моя конструкция выглядела так:

Начальные эксперименты дали хороший результат. Затем доработал программу. Раскрутил двигатель на 4 кВт, и пошел собирать управление пилорамой.

При монтаже у нас с товарищем случайно произошло замыкание и сработала защита, проверили ее работу. Мотор на 2 кВт 1500 оборотов с легкостью пилил доски. Сейчас программа еще дорабатывается для раскрутки двигателя выше номинала. Характеристики: частота от 2 до 50 герц с шагом 1,5 герц, синхронная частота, постоянно меняется, разбег от 1500 до 3500 герц, управление скалярного типа U/F, мощность мотора до 5 кВт.

Удерживаем кнопку RUN и разгоняем двигатель. Отпускаем, частота держится на уровне. Когда загорается светодиод, то привод готов к запуску.

Как сделать инвертор самому своими руками?

Вместе с производством заводских инверторов любители делают их сами, своими руками. Здесь нет ничего сложного. Такой преобразователь частоты преобразовывает одну фазу, делает из нее три фазы. Электродвигатель с похожим частотником используют в домашних условиях, мощность его не будет теряться.

Блок выпрямления в схеме расположен в начале. Далее идут фильтры, которые отсекают токовые переменные. Чтобы изготовить данные инверторы применяют транзисторы IGBT.

За тиристорами стоит будущее, хотя и в настоящем они уже применяются давно. Купленный частотник на биполярных транзисторах стоит дорого и мало где применяется (сервоприводы, металлорежущие станки с векторным управлением). Эти приводы как транспортеры и конвейеры, карусельные станки, станции подкачки воды, климатические системы управления — это большая часть от всего применения устройств заводов, где лучше использовать частотники для управления электромоторами с короткозамкнутыми якорями и можно делать управление оборотами двигателя, если подать потенциал, изменяя частоту до 50 герц.

Приведем простые примеры частотных преобразователей, которые тянули мощные электродвигатели тепловозов и электричек, имеющих в своем составе много вагонов товарных платформ, большие станции с насосами напряжением 600 вольт, обеспечивающие городские районы питьевой водой. Очевидно, что данные сильные электродвигатели не подойдут на биполярных транзисторах. Поэтому применяют активные тиристоры типа GTO, GCT, IGCT и SGCT. Они преобразуют из постоянного тока токовую сеть с тремя фазами с хорошей мощностью. Однако, имеются простые схемы на тиристорах простого типа, закрывающиеся током катода обратного. Такие тиристоры не будут действовать в режиме ШИМ, их хорошо применяют в прямой регулировке электромоторов, без тока постоянного размера. Преобразователи частоты на тиристорах в застойные времена были задействованы для моторов на постоянном токе. Фирма Сименс изобрела векторные частотники, преобразившие промышленность до неузнаваемости.

Стоимость всех деталей самодельного инвертора существенно ниже цены заводского устройства.

Такие самодельные устройства хорошо подходят для электромоторов мощностью до 0,75 кВт.

Для чего предназначен инвертор — его принцип действия

Инвертор действует на частоту вращения асинхронных моторов. Моторы переделывают электроэнергию в механическое движение. Вращательное движение преобразуется в движения механические. Это создает большое удобство. Асинхронные моторы очень популярны во многих сторонах жизни людей.

Обороты электродвигателя можно изменять и другими устройствами. Но, у них много недостатков. Они сложны в пользовании, дорого стоят, работают с плохим качеством, разбег регулировки маленький.

Частотный преобразователь для мотора с тремя фазами легко решает эту проблему. Все знают, что пользование частотниками для изменения частоты вращения есть самый хороший и правильный метод. Такой аппарат дает мягкий пуск и торможение, а также контролирует многие процессы, происходящие в моторе. Аварийные ситуации при этом сводятся на нет.

Чтобы плавно и быстро регулировать работу двигателя, специалисты разработали специальную электрическую схему. Использование в работе частотника дает возможность работать двигателю без перерыва, экономично. Коэффициент полезного действия его достигает 98%. Это происходит за счет повышения частоты коммутации. Механические устройства не могут выполнить такие функции.

Как регулировать скорость инвертором?

Как частотник может изменять частоту вращения трехфазного электромотора? Сначала он меняет напряжение сетевое. Далее, из него получается нужная амплитуда и частота напряжения, поступает на электромотор.

Разбег интервала регулирования скорости преобразователем большой. Можно изменять вращение мотора в другую сторону. Чтобы двигатель не вышел из строя, нужно брать во внимание данные из его характеристики, допускаемые обороты, мощность.

Из чего состоит привод регулирования?

Он имеет в составе три звена:

1. выпрямитель, дающий потенциал постоянного тока при включении к питанию электрической сети. Сеть может быть управляемой или нет;
2. фильтрующий элемент, который сглаживает выходное напряжение (применяется емкость);
3. инвертор, который производит нужную частоту потенциала, крайнего звена возле электромотора.

Режим управления частотников

Их делят на виды управления оборотами двигателя:

1. скалярное управление (нет связи с обратной стороны);
2. режим векторного управления (связь с обратной стороны имеется, или отсутствует).

В первом случае управляется статор с его магнитным полем. Управление вектором учитывает действие полей магнита ротора и статора, улучшается крутящий момент при разных скоростях вращения. Это и есть основное различие их режимов управления.

Способ векторов точнее и эффективнее. Обслуживать его дороже. Он больше подходит для специалистов с хорошими профессиональными умениями и знаниями. Метод управления скалярного типа наиболее прост в работе. Применяется он с выходными параметрами, не требующими регулировки особой точности.

Как подключить инвертор треугольником и звездой?

Когда мы купили инвертор по недорогой цене, то возникает необходимость: подключение его к электромотору самому без специалистов. Сначала надо установить для безопасности автоматический выключатель для обесточивания. Если возникнет короткое замыкание на фазах, то отключится вся система.

Подключить частотник к мотору можно звездой или треугольником.

Когда привод регулирования с одной фазой, то контакты электромотора присоединяют треугольником. Тогда мощность не потеряется. Мощность этого преобразователя частоты будет не более 3 кВт.

Инверторы с тремя фазами технически наиболее современны. Они питаются от заводских трехфазных сетей, подключаются звездой.

Для ограничения тока пуска и уменьшения момента пуска при пуске электромотора свыше 5 кВт можно использовать способ включения треугольник и звезда.

При включении статора применяется схема звезды, а если обороты двигателя нормальные, то переходят на вариант треугольника. Но это используется при существовании возможности соединения по двум схемам.

Отмечаем, что в варианте звезда-треугольник большие перепады тока будут всегда. При переключении на вторую схему обороты двигателя сильно снизятся. Для восстановления скорости вращения надо повысить силу тока.

Большой применяемостью оказывают пользу частотники для моторов мощностью до 8 кВт.

Применение инверторов нового поколения

Современные частотные преобразователи делаются с применением таких устройств как микроконтроллеры. Это значительно повышает функции инверторов в алгоритмах управления и контролирования с точки зрения безопасности работ.

Частотники имеют успешное применение в областях производства:

• в водоснабжении, снабжении теплом при изменении скорости подачи помпы холодного и горячего водоснабжения;
• в заводских условиях машиностроения;
• в легкой и текстильной промышленности;
• в энергетике и производстве топлива;
• для насосов канализации и скважин;
• в технологических процессах для автоматики управления.

Чтобы управлять и контролировать частотники изготовитель прибора предлагает созданную программу, которая будет всегда иметь связь с контроллером посредством порта, будет показывать на мониторе состояние и позволит производить управление. Данные документируются протоколом обмена и используются пользователями, создающими программы управления для электронной техники и контроллеров.

Данные обмениваются в три этапа:

1. Идентификация.
2. Инициализация.
3. Управление и контроль.

Стоимость блоков питания бесперебойного напряжения имеет зависимость от того, есть ли в нем частотный преобразователь. За такими устройствами будущее. Отрасли экономики и энергетики будут быстрее развиваться благодаря новым современным устройствам.

Источник

Подключение частотного преобразователя к насосу

Автоматизация водонапорного оборудования увеличивает бесперебойность, надежность снабжения водой, снижает затраты производства, расходы эксплуатации, величину объема резервуаров регулирования водоснабжения.

Для автоматической подачи воды кроме общего оборудования, такого как пускатели, реле, используется специальная аппаратура: контрольные реле уровня, заливки, датчики, поплавковые реле и другие.

Автоматизация водоснабжения

Работа насосов автоматизируется путем управления электронасосами погружного типа по уровню наполнения, давлению.

На рисунке изображена схема автоматизации – помпы 1, электрических соединений. Автоматизация проводится путем монтажа реле уровня. Работа ключа управления состоит из авто- и ручного режимов.

На этом рисунке видна схема автоуправления насосом по водяному уровню, находящемуся в баке водонапора. Она выполнена элементами релейного вида. Выключатель SA1 задает режим автоматизации. При включении в состояние «А» и включении автомата QF поступает напряжение. При положении воды менее отметки датчика, клеммы по схеме разомкнуты. На реле КV1 ток не поступает, контакты пускателя включены. Пускатель подключает двигатель насоса, отключается лампа сигнала НL1 и светится лампа НL2. Помпа подает воду.

Когда вода наполняется и закрывает промежуток срабатывания датчика, то цепь SL2 замыкается. Реле КV1 не подключается, последовательные контакты разомкнуты. При достижении воды до верха, цепь замыкается, а реле КV1 подключается. При этом реле, расцепив контакты обмотки пускателя, выключает контактор, замкнув контакты, остается на питании по цепи датчика. Электромотор помпы отключается, гаснет лампа сигнала НL2 и начинает светиться лампа НL1. Двигатель запустится снова, когда уровень понизится до размыкания цепи, отключится реле КV1.

Насос подключится при любом режиме, если датчик контроля уровня замкнулся. Главной отрицательной стороной такого управления стало то, что зимой электроды датчиков замерзают, насос не отключается, вода в баке переливается, разрушается башня из-за образования льда на воде.

Если управлять по давлению, то манометр устанавливают на трубе напора насосной станции. Это делает легким техосмотр датчиков, не допускает их замерзание.

Если вода отсутствует, то манометр замкнут, а концевой выключатель верхнего предела разъединен. Реле срабатывает, клеммы замыкаются, пускатель включается и запускает насос, который качает воду. Поднимается давление до тех пор, пока не замкнется манометр, который настроен до отметки верхнего уровня.

При расходе воды давление уменьшается, размыкает контакты, насос не включается, на реле нет напряжения. Насос включится, когда уровень уменьшится до критического. Цепи управления запитаны от пониженного напряжения 12 вольт от трансформатора. Это снижает опасность поражения током при обслуживании схемы.

Для ремонта насоса при поломке служит выключатель. Он при необходимости замыкает клеммы и пускатель снова соединяется с сетью питания. В разрыв управляющей цепи установлен контакт, размыкающийся когда нет фазы, катушка КМ разъединяется и помпа выключается до окончания ремонта. Силовые цепи защищены от замыканий автоматом.

Преобразователь частоты и водоснабжение

На схеме изображен процесс автоматизации погружного насоса, с обратным клапаном, расходомером. Управление работой водоснабжения выполняется по следующему сценарию. Если насос выключен, а давление снижается до минимального значения, датчик сигнализирует на запуск насоса. Привод запускается медленным повышением частоты тока мотора. Когда обороты привода насоса достигают необходимого значения, помпа выходит на нормальный режим. Частотник программируется для создания необходимого ускорения помпы. Использование привода насосов с регулированием дает возможность создать водоснабжение с прямотоком, с автоподдержанием давления.

Управляющий блок включает в себя частотник для плавной работы двигателя, датчик давления воды, дополнительные элементы.

Функции, обеспечиваемые блоком управления и частотником:

• Плавный разгон и замедление насоса.
• Автоуправление.
• Блокировку сухого хода.
• Автоотключение насоса при отсутствии одной фазы, малом напряжении, аварийной ситуации.
• Блокировка от чрезмерного напряжения на частотнике.
• Сигнализация об аварии, работе насоса.
• Поддержание рабочей температуры в холодное время.

Автоматизация насоса с разгоном и автоподдержкой давления

Мотор подключается к клеммам частотника. При нажатии кнопки «пуск» реле срабатывает, подключает частотник, дает возможность плавной работы по заданной программе. В аварийном положении частотника или мотора цепь замыкается, включает реле, которое отключает выход частотника. Снова включить схему защита позволит только при устранении поломки и нажатии сброса блокировки.

Датчик давления соединен с входом частотника, создавая обратную связь в уравновешивании давления. Работа стабилизации контролируется регулятором частотника. Нужное давление устанавливается потенциометром с помощью пульта частотника. При аварии горят индикаторные лампы. Шкаф с устройством управления подогревается специальными нагревателями, которые включаются от термореле. От коротких замыканий защищает автоматический выключатель.

Автоматизация водоснабжения считается в техническом развитии важнейшим аспектом. Это нашло свою актуальность не только на крупных станциях водоснабжения. Насосы с приборами автоматики создают комфортную работу отдельных водопроводов. Для организации такого водопровода необходимо рассчитать скважинный насос, подобрать по результатам расчета преобразователь частоты.

Пример работы частотника на демонстрационном стенде

Во всем мире частотными преобразователями пользуются для управления насосами достаточно давно. К сожалению, в России такая техника пока не прижилась. Расскажем, в чем прелесть этих маленьких незамысловатых коробочек, и какой огромный плюс они дают потребителю при их использовании в системе частного водоснабжения.

Что такое частотный преобразователь? Как правило, владельцы домов и коттеджей используют в своих системах водоснабжения погружные скважинные насосы. Управление этими насосами осуществляется при помощи реле давления и гидроаккумуляторов различной емкости.

Реле давления имеет два порога: верхний и нижний. При таком устройстве системы водоснабжения в момент, когда насос включается, давление падает очень сильно и потребителю это некомфортно. Он испытывает дискомфорт, потому что давление меняется. Особенно это чувствуется при приеме душа. Владельцы коттеджей это прекрасно понимают, так как они уже сталкивались с этой проблемой. Те, кому только предстоит обустроить свою систему водоснабжения, эта информация окажет помощь в представлении ожидаемого эффекта.

Как улучшить комфорт, чтобы давление в системе было постоянным? Есть решение этой проблемы. Это применение частотного преобразователя. Многие компании осуществляют поставку частотников фирмы Italtecnica. Этот концерн выпускает частотные преобразователи с монофазными насосами серии SIRIO ENTRY. Эти частотные преобразователи могут управлять монофазными насосами мощностью до 1,5 киловатт.

Функциональность преобразователя

Как работают преобразователи? Они изменяют частоту в сети. Частота сети в России 50 герц. SIRIO меняет частоту с 25 до 50 герц в зависимости от потребления воды. Чем больше потребляется воды, тем быстрее крутится двигатель. Чем меньше потребление воды, тем частота тока в сети меньше и двигатель замедляется, при этом потребляя меньше энергии.

На стенде смонтирована система водоснабжения с погружным скважинным насосом, частотным преобразователем и гидроаккумулятором на 5 литров. Прелесть частотных преобразователей заключается в том, что им не требуется большой гидроаккумулятор для работы. Достаточно маленького гидроаккумулятора, даже при производительности насоса 4 м 3 в час. В данном случае гидроаккумулятор не служит как накопитель, он только гасит гидроудары. Эти гидроудары очень незначительны, потому что частотный преобразователь обладает плавным пуском. В момент, когда стартует насос, он подает на него частоту всего 25 герц, поэтому насос запускается очень медленно, при этом потребляет мало энергии.

В данном случае на стенде имитирована система водоснабжения из четырех кранов. Преобразователь частоты запрограммирован таким образом, что он будет поддерживать постоянно 3 атмосферы в системе водоснабжения, независимо от того, один кран открыт или четыре. При открытии крана с водой насос начинает запускаться. Происходит это плавно, в течение нескольких секунд. Насос начинает набирать обороты, которые достаточно на низком уровне. Если мы открываем остальные краны, насос начинает увеличивать свои обороты, частота сети будет меняться в сторону увеличения для того, чтобы компенсировать потерю давления на нескольких кранах.

Потребление в этом случае будет очень комфортным. Давление не будет изменяться независимо от того, сколько кранов открыто. При закрытии кранов частота вращения на двигателе начинает падать, но давление при этом останется неизменным. В нашем случае запрограммировано давление на 3 атмосферы. Независимо сколько кранов открыто это давление будет постоянным. Закрываем все краны, и видим, что происходит отключение насоса, замедление вращения двигателя. Через несколько секунд насос выключается, набрав 3 атмосферы.

Достоинства частотных преобразователей в системе водоснабжения

1. Не нужен большой гидроаккумулятор. Это экономия пространства и денежных средств.
2. Частотный преобразователь делает водоснабжение комфортным. Вы получаете постоянное давление в системе независимо от того, сколько кранов вы открыли. Бывает так, что на первом этаже открыли душ, на втором срабатывает стиральная машина. При этом человека обдает кипятком, либо холодной водой, так как разность горячей и холодной воды обуславливается разностью давления в 0,5 атмосферы. Это чувствительно при приеме душа. В нашем случае это не зависимо, сколько человек пользуется водой, давление в системе остается постоянным.
3. Экономия электроэнергии. Это также очень важно. Преобразователь частоты стоит не дешево, но экономия от его использования окупается через два года.
4. Преобразователь защищает насос. Если в системе закончится вода, то преобразователь отключится, тем самым предотвратит сгорание насоса. Если в насосе заклинят рабочие колеса, он также выключится. Если в системе есть утечки, он будет несколько раз перезапускаться, потом отключится, так как наличие утечек может повредить насос. В частотнике предусмотрена защита от перенапряжения. Если напряжение высокое, он просто не запустится. При очень низком напряжении преобразователь тоже не запустит насос, так как двигатель может выйти из строя. Также частотник имеет защиту по току. Часто бывает, что на вал двигателя могут намотаться посторонние предметы, или попасть песок, который будет подклинивать рабочие колеса. В этом случае ток в обмотке двигателя будет расти, но тепловая защита еще не сработает, частотник также отключит насос, чтобы можно было провести чистку насоса. Обычные средства защиты не спасают от повышенного тока, потому что тепловая защита рассчитана на максимальный ток. А когда номинальный ток повышается на 20%, это незаметно, но происходит медленное убивание мотора насоса. Повышенный ток приводит к расслоению обмоток двигателя, лака на них, постепенно обмотка сгорает. Потребитель заметит этот процесс только через 2-3 месяца.

Частотник обладает большим комфортом. Его использование в частном доме позволяет получить полноценный водопровод с постоянным давлением. Занимает малые габариты, экономит электроэнергию. Это немаловажно, так как насосы обычно имеют большую мощность, 1,5 – 2 кВт. На преобразователи дается гарантия от 1 до 2-х лет заводом производителем.

Как подобрать частотный преобразователь

Технические данные должны сочетаться с мощностью и типом мотора насоса, с которым он будет работать. Нужно учесть нужный интервал регулировки, точность настраивания и поддержки момента вращения на двигателе.

Особенность конструкции инвертора, его габариты, управление, конфигурация также оказывают влияние на выбор. Чаще в скважинах монтируют асинхронные моторы. Частотник к нему выбирается исходя из мощности, чтобы ее величина была больше, чем у двигателя.

Если в сети два насоса, то лучше выбрать частотник с векторным управлением, дающим возможность поддерживать обороты мотора при изменяющихся нагрузках, функционировать без понижения оборотов. Такие устройства точнее контролируют момент двигателя и скорость работы.

Частотники разделяются на классы по напряжению: для бытовых нужд на 220 В, промышленные до 500 В, высоковольтные до 6000 В. А также устройства имеют разную степень защиты, тип управления. Крупные производители выпускают инверторные блоки насосов. В них частотники привязаны к моделям насосов, даются рекомендации по использованию. Потребителю не нужно задумываться о выборе, консультант разъяснит все особенности применения.

Источник